土木工程中大体积混凝土温度裂缝控制

毛婷邹翔

摘要:本文介绍了土木工程中大体积混凝土温度裂缝形成的原因及针对其原因提出了三种控制大体积混凝土产生温度裂缝的措施:改善混凝土中的水泥的使用材料,改善温度控制条件和改变约束条件。这三种措施可有效的为土木工程中的大体积混凝土的温度裂缝问题并为以后相关方面的研究提供借鉴。

关键词:温度裂缝;大体积混凝土裂缝控制

中图分类号:TU755 文献标识码:A 文章编号:1674—3024(2017)06—0052—02

引言

近年来,随着我国土木工程的不断发展,大体积混凝土的应用不断增长。如何对大体积混凝土的施工中的温度裂缝控制已成为一个技术难题。大体积混凝土的温度的裂缝主要原因是水泥中水化热造成的,为了使大体积混凝土结构的施工质量提高,则要控制大体积混凝土的施工和在大体积混凝土养护过程中由于水泥水化放热所产生的温度变化和温度应力。由于大体积混凝土结构体系自身的复杂性和所处环境的多样性,大体积混凝土的开裂问题必须考虑其养护过程中温度应力的影响。本文针对大体积混凝土的产生裂缝的独特性,提出控制产生裂缝的措施。

1混凝土裂缝产生的原因

混凝土产生裂缝的两个必要条件是:一是要有温差,二是要有约束。

1.1温差产生的原因

混凝土中的水泥会与水发化学反应,混凝土在凝结的过程中水泥不断产生水化热,且混凝土外部散发热量的速率大于其内部,从而导致混凝土的内外温差较大。温度应力产生的裂缝。

1.2约束产生的原因

混凝土的约束有两个:一是外部约束,二是内部约束。

1.2.1外部约束产生的原因

一个物体的变形受到其它物体的阻碍,一个结构的变形受到另一个结构的阻碍,这种结构与结构之间,物体与物体之间,物体与构件之间,基础与地基之间的相互牵制作用称作“外约束”。

1.2.2内部约束产生的原因

一个物体或构件本身各质点之间的相互作用叫做“内约束”。混凝土在凝结过程不断产生水化热,在混凝土的外表面热量通过与外界的接触散发,而混凝土中心的热量则向外部传递,且相对于外部的热量的散发速率小很多。混凝土中心的温度最高,且向四周呈非线性减小。因此,由于“热胀冷缩”效应,内部膨胀的比外部多,从而导致内部产生压应力,外部产生拉应力,逐渐产生裂缝。

当温度分布在x轴上(ye=0),内部约束引起的温度应力最大值的计算公式为:

2大体积混凝土温度裂缝研究的方法

2.1大体积混凝土的概念

JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》对大体积混凝土是这样定义的:混凝土结构物实体最小尺寸大于或等于1m时,或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土称为大体积混凝土。对于大体积混凝土,都要进行其温度,水分等的控制。

2.2国内外的研究现状

目前,国内外对土木工程中大体积混凝土的研究日益增加,美国主要使用的是有限元时间分析法,法国主要使用的是ABAQUS及ANSYS等有限法分析软件,日本主要使用的是约束系数矩阵法。美国的威尔逊博士是最早使用有限元时间过程分析法来分析混凝土温度场的,日本的专家学者考虑到了混凝土的收缩徐变过程,我国的朱伯芳院士,刘光廷等编制了用于分析温度应力的相关软件。

2.3温度裂缝的研究方法

温度应力产生温度裂缝的过程有两个:一是由于混凝土中的水泥与水反应生成热量的速率过快,在外表面产生拉应力,在升温过程中产生的裂缝,这种裂缝属于第一种裂缝。二是由于混凝土在冷却的过程中内外散热的速率相差过大,从而导致产生温差过大,导致产生的裂缝,这种裂缝属于第二种裂缝。对于裂缝成产生过程中的温度应力场,可进行有限元分析法进行数值模拟,并针对实际过程中由于混凝土的收缩徐变的影响提出综合的控制措施。

3大体积混凝土的防裂控制措施

从上述的分析可知,对于土木工程中大体积混凝土的防裂可从改善混凝土的水泥使用材料,改善温度条件和改变约束三个方面去控制。

3.1材料的选用

由于矿渣水泥在大体积混凝土中的水化热产生的相对较少,所以在使用混凝土的水泥时,在满足强度条件的情况下,应优先采用矿渣水泥。

3.2改善温度条件

可通过使用在浇筑好的大体积混凝土上浇水及在进行水管冷却的方法。但在温度冷却的过程中不宜冷却过快及温度过低,这样会致使混凝土产生收缩过大,产生裂缝(可将温度控制在25左右)。同时,也可使用预冷骨料和在混凝土的拌合时加入冰块。

3.3改变约束条件

3.3.1改变内部约束条件

混凝土的强度等级越高,总胶凝材料的用量越多,水化热越剧烈,越容易产生温度裂缝。因此,应进行合理的混凝土的配合比设计,同时,可掺加减水剂,粉煤灰,沸石粉等。

3.3.2改变外部约束条件

外部约束过大影响混凝土的拉伸与收缩过程,会导致混凝土出现裂缝。可通过在混凝土建筑底部设置“有弹性的滑动式”垫层。通过垫层的设置,可有效的改善混凝土的外部约束条件,使混凝土的收縮与拉伸过程更加顺畅,有效的控制了混凝土的开裂过程。

4结论

本文对土木工程中大体积混凝土的裂缝控制提出以下的措施:(1)改善混凝土的水泥使用材料,尽量使用产生水化热较少的矿渣水泥;(2)改善温度条件,使温度控制在25左右,不宜过高也不宜过低;(3)改变外部及内部的约束条件,进行合理的混凝土的配合比设计及设置“有弹性的滑动式”垫层。

《土木工程中大体积混凝土温度裂缝控制》刊发于《建筑建材装饰》学术期刊,2017年7期 ,作者:毛婷邹翔。

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